四足机器人

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四足机器人的发展历史

有记载的第一部四足机器人是由 Chebyshev 于1870年建立的，如图。其中，Link1绕着轴A1旋转，带动足端P1沿着轨迹运动。在这一机械中，四条腿按照对角线被分为两组，它既可以站立，也能够行走和小跑。但这种早期的行走机械没有适应地形的机制，因而只能在平坦的地面上运动。

另一个里程碑式的四足机器人是L.A.Rygg于1893年在美国专利局申请的一种骑马机，骑手通过踏板为机械提供动力，利用连杆和曲柄传动，使机器得以行进。这被认为是历史上第一项关于足式机器的发明专利。

到了20世纪40年代，研究人员和工程技术人员开始探索行走机器人的潜在应用。军方和航天领域提出过一些有趣的应用。其中，英国和美国最先提出将足式机器人应用于战争和星际探索行动。

第一个正式的项目是由英国的 A.C. Hutchinson 和 F.S.Smith 开展的。他们认为，对于1000吨级别的车辆，足式系统比轮式系统或者履带系统更加可靠。因此他们共同开发了一套在水平和垂直方向解耦的单足系统，该系统通过两个液压机构驱动。最后，他们按比例建造了一个0.6米高的四足机器人。该机器人有八个运动关节，可用于装甲车的测试。但当时的英国陆军部门对此并不感兴趣，因此终止了这个项目。这应该是第一台具有地形适应能力的四足机器人。

在接下来的20年间，一些重要的理论研究都在NASA和美国陆军的资助下进行。波兰工程师 M. G. Bekker 在美国陆军坦克汽车公司(US Army Tank-Automotive)的研究尤其值得关注。这些研究工作推动了通用行走卡车（GE Walking Truck）的发展。这种机器人长达3米，重达1400公斤，使用一个90马力的内燃机驱动。骑在机器人身上的操作员需要控制众多的手柄和踏板。虽然项目负责人声称人们只要经过20小时的训练，就能够熟练驾驶这台机器人。但南加州大学的 R.McGhee 敏锐地意识到，这台机器人的操作实在是过于复杂，需要一套自动循环操作系统来取代操作员。

1966年到1969年间，Bucyrus-Eire 公司建造了史上最大的足式机器人——Big Muskie。这台机器人被设计用于露天矿山作业，重达13500吨，时速能够达到270米/小时。Big Muskie 的成功证明了 Hutchinson 的想法是可行的。令人震惊的是，它竟然一直工作到了1991年。

1966年，McGhee也在进行着自己的研究。他和A. A. Frank 共同制造了一台名为Phony Pony的中型四足机器人，如图。机器人的每条腿有两个自由度，由电机驱动。机器人的脚是一个倒T形结构。控制系统是一个具有六种同步状态的状态机，可以控制机器人进行爬行或对角小跑。

Phony Pony的研究启发了 McGhee，他建造了更多新的机器人。这些机器也成为了行走机器人历史上的重要里程碑：OSU六足机器人和自适应悬挂车辆(ASV)。

OSU六足机器人建于1977年，是第一台由电脑控制的行走机器人。它的腿是模仿昆虫腿设计的，三个旋转关节由电机驱动。该机器人成为了大量步态生成、机器人控制、力分配算法的实验平台。1986年，McGhee 还和 Waldron 一起建造并测试了ASV六足步行机，这可能是有史以来建造的最大和最特别的地形适应性行走机器人了。

1980年，日本东京理工大学的 Hirose 教授开始研发一个四足机器人大家庭。PV-II被认为足式机器人、特别是四足机器人发展的重要里程碑。PV-II重10公斤，高约1米。几年后，Hirose开始开发 TITAN 系列，并从2001年开始开发TITAN-IX 。

1983年， Odetics 发布了ODEX I。这个机器人并没有提供任何重要的科学贡献，但是作为第一台商业化的足式机器人，它也被列入了里程碑。该系列的一个先进的版本被用于检查核电站。

以上所有提到的机器人基本上都属于静态稳定的系统。第一台能够行走和奔跑且完全动态稳定四足机器人是由麻省理工学院的 M. Raibert (1986)开发的。大多数研究人员一开始都是先研究静态稳定，后来才转向动态系统。但 Raibert 的做法正好相反，他认为，应该先解决单腿的动态稳定问题，再应用到拥有两条、四条或任意数量腿的机器上。后来他成功了，并创立了波士顿动力公司。

波士顿机器人

多了波士顿动力机器人非常知名，主要有三款机型：人形机器人Atlas、机器狗Spot，以及双轮机器人Handle。，我们已经很难想象它十年前的样子。为什么十年进步这么大？这十年，波士顿动力的这些机器人们是怎么走过来的，到底经历了些啥？